俄罗斯地下储气库现状及未来发展

杨明清 吴佼翰 卞玮 李勇剑

1.中国石化石油工程技术服务有限公司；2.中国石油大学（华东）文学院；3.墨尔本大学

天然气是一种高效清洁能源，在能源消费中占比越来越大。由于天然气生产地与消费地之间有一定的距离，加之季节性利用不均衡，地下储气库应运而生，成为天然气调峰及战略储备的重要手段［1］。目前，美国、俄罗斯、乌克兰、加拿大、德国、中国等都建设了储气库［2］，全世界约有600个储气库，其年供气量达到3 400×108m3，占天然气供应总量的10%左右［3］。俄罗斯是天然气生产、消费、出口大国，俄罗斯境内有成熟的天然气供应网络（UGSS），储气库是该供应网络的重要组成部分，承担着俄罗斯15%～20%天然气供应任务［4］。我国自2009年初开始设计、建设储气库，陆续建成了25座储气库，其年天然气供应量约为30×108m3，在天然气调峰方面发挥了重要作用。目前，文23储气库还在建设中，中国储气库在天然气供应、能源战略保障等方面将发挥更大的作用。

1 俄罗斯储气库发展及需求

1.1 俄罗斯储气库发展

20世纪40年代，萨拉托夫至莫斯科的天然气管道承担着莫斯科的主要供气任务，日供气量达到1.0×106m3，尽管如此，仍不能满足莫斯科冬季用气要求，季节性用气不均衡问题已经凸显［5］。1946—1955年，莫斯科建造了7座加气站，每座加气站安装了长约17 m、直径约3 m的圆柱形储气罐，罐内工作压力达0.6 MPa，每年天然气供应量约1.1×106m3，在调峰方面起到了积极作用［6］。20世纪50年代中期，前苏联天然气行业快速发展，为了解决用气季节性不均衡问题，前苏联科学家考虑建设天然气地下储气库，首先考虑在枯竭油气藏建设储气库，其次在满足地质条件的含水层和盐穴层建设储气库［7］。1956年，科学家开始在莫斯科、梁赞和卡卢加等地区进行地质勘查，寻找合适的储气库建设位置。1958年5月，古比雪夫石油天然气公司首次对乌法的巴什卡托夫枯竭天然气藏进行注气试验，该气藏埋深约400 m，初始地层压力为4.52 MPa，初始天然气储量约为30×106m3，注入天然气量 9.28×106m3，气藏压力从1.65 MPa增至3.27 MPa，初步证明了储气库建设的可行性。1958年，前苏联专家在萨拉托夫地区的叶尔尚斯基—库尔久姆油田选择了4口井进行注气试验，注气压力为3.5 MPa，基本达到了预期效果。与此同时，含水层储气库的理论研究、勘查、设计等工作相继展开。1957年，在卡卢加地区钻出第1口井储气库井，1958年，在莫斯科的谢尔科沃地区又钻了1口储气库井，选择这两个地区进行储气库钻井并非偶然，因为专家们对该地区地质条件比较熟悉，认为该地层适合建设储气库，并且著名的达沙瓦—基辅—布良斯克—莫斯科（DKBM）输气管线就在附近［8］。1959年，经过前期勘查、钻井等一系列工作，卡卢加储气库建成，该储气库共钻井40口，用两台735 KB压缩机向其中2～4口井注入天然气，采用两级增压方式，第1次将天然气压力由2.5 MPa增至5.5 MPa，第2次由5.5 MPa提高至12.5 MPa，3个月内共注入天然气23×106m3，日采气能力0.5×106m3。1960年9月份向晓尔科沃储气库注入天然气，该储气库有效容积达到（12～13）×108m3，在 12月份，由于极寒天气，日采气量达到（0.18～0.20）×108m3［9］。20世纪60年代末，莫斯科每年消耗天然气近100×108m3，用气不均衡问题日益突出［10］。前苏联第1批储气库的成功建设具有重大意义，初步形成了储气库选址、地质评价、设计、钻井、注采气、地面工程、安全评估等系列技术，为后续储气库建设提供了经验，此后，前苏联境内一大批储气库相继建成。

1.2 俄罗斯储气库需求

俄罗斯天然气生产主要集中在西南部地区，天然气消费则主要集中在莫斯科、圣彼得堡等大城市及西南部的一些中小城市。俄罗斯冬季寒冷，天然气用量很大，使得俄罗斯天然气利用产生季节性不均衡问题［11］。俄罗斯天然气股份有限公司董事会主席米列尔说：“俄罗斯地域广阔，天然气产地与用户之间相距遥远，因此建立储气库进行调峰非常必要。储气库的建立，使得俄罗斯供气系统非常完善，满足了俄罗斯民众日益增长的天然气需求，增加了天然气供应的灵活性、高效性”［12］。俄罗斯2017年各月份天然气需求占比见图1。

图1 俄罗斯2017年各月份天然气需求占比Fig. 1 Russia’s monthly natural gas demand ratio in 2017

由图1可以看出，在8月份，天然气消费量只占全年消费量的5.2%，而在寒冷的12月份，则达到12.9%［13］，由此可见，俄罗斯季节性用气不均非常明显。俄罗斯储气库采气时间一般为 120～150 d，半峰期 60～90 d，在最寒冷的 2～3 周达到最大值［14］。最近10年，俄罗斯储气库年产气量、日最大产气量逐年增加，2017—2018年，俄罗斯储气库年产气量达到720×108m3，日最大产气量达到8.05×108m3［15］，见图2。

2 俄罗斯储气库现状

俄罗斯储气库的管理及运营归属于俄罗斯天然气工业股份公司，早在2007年，俄罗斯天然气工业股份公司成立了专门的储气库经营管理单位，这些单位分布在俄罗斯18个城市，包括13个运营主体共计22个分公司，其中储气库管理及运营分公司16个，井下大修及事故处理分公司4个，辅助分公司2个［16］。目前，俄罗斯在用储气库共22套，储气库井数量约2600口，在建及设计储气库6套，正在勘查储气库9套［17］，其分布见图3。

图3 俄罗斯储气库分布Fig. 3 Distribution of Russian gas storage reservoirs

2.1 在用储气库

目前，俄罗斯境内在用储气库共22套，有效容积小于50×108m3的储气库20套，大于50×108m3的储气库2套。将有效容积小于50×108m3储气库自北向南进行编号，1—20号分别为：1加里宁格勒储气库、2加特契纳储气库、3涅瓦储气库、4晓尔科沃储气库、5卡卢加储气库、6乌维佐夫储气库、7布基恩储气库、8卡拉书勒储气库、9佩夏内—乌苗特储气库、10叶尔尚斯基—库尔久姆储气库、11德米特里储气库、12斯捷普诺夫储气库、13阿马纳储气库、14米哈伊洛夫储气库、15基留什金储气库、16堪楚林储气库、17穆辛储气库、18索夫霍兹储气库、19库谢夫储气库、20克拉斯诺达尔储气库。将有效容积大于50×108m3储气库自北向南进行编号：1卡西莫夫储气库、2北斯塔夫罗波尔储气库［18］。有效容积大于50×108m3储气库主要参数［19］见表1。

表1 有效容积大于50×108 m3储气库主要参数Table 1 Main parameters of gas storage reservoirs with effective capacity greater than 50×108 m3

按照建设时间划分。有效容积小于50×108m3的储气库建设时间如下：1950—1960年，共建成2套，分别为5号、13号；1960—1970年，共建成5套，分别为2号、4号、9号、10号、14号；1970—1980年，共建成6套，分别为3号、11号、12号、15号、16号、18号；1980—1990年，共建成3套，分别为7号、17号、20号；1990—2007年，共建成3套，分别为6号、8号、19号。2007年至今，只完成1套，即1号储气库。有效容积大于50×108m3的储气库建设时间如下：1970—1980年，完成1号储气库建设；1980—1990年，完成2号储气库建设［20］。

按照每套储气库包含单体个数划分，有4套复合储气库，每个复合储气库含有2个单体储气库，4套复合储气库分别为1号、2号、8号、10号，其余18个为单体储气库，将复合储气库折算成单体储气库，总共相当于26个单体储气库。按照储藏类型划分，枯竭油气藏储气库17个，含水储气库8个，岩穴储气库1个［21］。由此可见，俄罗斯在用储气库主要集中在西南部的伏尔加联邦区及乌拉尔联邦区，这里油气资源丰富、人口稠密。储气库类型以枯竭油气藏为主，建设时间主要集中在20世纪70—80年代。

2.2 在建储气库

将在建储气库自北向南进行编号，1—6号分别为：1新莫斯科储气库、2别德诺杰米扬诺夫斯克储气库、3乌德穆尔特储气库、4阿尔布佐夫储气库、5沙特罗夫储气库、6伏尔加格勒储气库［22］。其中，乌德穆尔特系列储气库共有5个单体储气库，储气库有效半径10 km，有效容积26×108m3，日最大采气量0.43×108m3，日最大注气量0.17×108m3［23］。正在建设的储气库主要分布在俄罗斯西南部的伏尔加联邦区及乌拉尔联邦区，是在用储气库的补充和完善。

2.3 勘查中储气库

将勘查中储气库自北向南进行编号，1—9号分别为：1阿尔汉格尔斯克储气库、2斯卡林储气库、3蒂吉恩储气库、4科尔马科夫储气库、5阿钦斯克储气库、6安加尔斯克储气库、7达吉斯坦储气库、8布拉戈维申斯克储气库、9阿德尼坎储气库［24］。勘查中储气库由传统的俄罗斯西南部地区向北、向东发展，其中2套建在西北部地区，5套建在中部地区，2套建在远东地区。

3 俄罗斯储气库建设关键技术

根据俄罗斯多年的储气库建设经验，俄罗斯专家总结了8项储气库建设关键技术：（1）储气库地质建模技术，包括储气库圈闭面积预测技术、储气量预测技术、地层压力预测技术、钻井数量确定技术等；（2）储气库建造技术，包括钻井技术、固井技术、定向钻井技术、完井技术等；（3）地球物理勘查技术，包括地震、重力、声、电、核检测技术等；（4）储气库生产过程监控技术，包括储气量监测技术、地层压力监测技术、注气量监测技术、采气量监测技术等；（5）储气库诊断技术，包括地面管线探伤技术、井下套管完整性检测技术、储气库密封性检测技术等；（6）储气库修井技术，包括套管修补技术、储气库密封技术等；（7）天然气运输技术，包括天然气地面高压输送技术、过滤技术、干燥技术、安全保障技术等；（8）天然气注入技术，包括大功率压缩机研发技术、注入过程控制技术等［25］。

4 俄罗斯储气库发展规划及中俄合作展望

4.1 俄罗斯储气库发展规划

近年来，为了巩固天然气霸主地位，保证天然气消费及出口，俄罗斯一直大力发展储气库建设，目前，俄罗斯天然气消费总量约4 000×108m3［26］，其中储气库供气量约720×108m3［27］，约占供气总量的18%，储气库供气量不能完全解决俄罗斯用气不均问题，不能满足俄罗斯战略储备需要，俄罗斯天然气股份有限公司董事会副主席阿纳年科夫说：“俄罗斯的储气库在秋冬季节供气过程中起到了至关重要的作用，如果没有储气库，俄罗斯天然气供气系统将难以维系，储气库供气量占总供气量的22%～25%比较合适，该数量与俄罗斯天然气出口量相当”［28］。2008年，俄罗斯制定了《2030年天然气工业发展总体方案》，计划到2030年，俄罗斯储气库年供气能力871×108m3，日供气能力10.51×108m3［29］，该方案已经实施了10年 ，这10年中，俄罗斯储气库发展较快，由此判断，2030年有望超额完成既定目标。

4.2 中俄合作展望

俄罗斯储气库建设已经长达半个多世纪，积累了丰富的经验，多年来，俄罗斯一直与周边国家开展储气库建设合作。1991年以来，俄罗斯天然气工业股份公司在拉脱维亚境内储存天然气，并参与了拉脱维亚因初康斯储气库的重建和扩建［30］。1993年，俄罗斯与奥地利、德国、英国展开合作，在此基础上，俄罗斯天然气工业股份公司全俄天然气研究所与德国建设并经营西欧最大的列杰储气库［31］。此后，俄罗斯与亚美尼亚、拉脱维亚、白俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家展开一系列合作，保证其在邻国的天然气供应能力，其目标为在欧洲所建储气库的供气量不少于出口量的 5%［32］。

中国是天然气需求大国，俄罗斯是天然气出口大国，中俄是很好的战略联盟关系，随着中国“一带一路”战略的实施，中俄两国已经在多个领域开展合作，为中俄储气库合作带来新的机遇。多年来，俄罗斯先后与多个国家展开储气库建设方面的合作，为中俄合作积累了经验，俄罗斯与中国合作的愿望越来越强烈，俄罗斯天然气工业股份公司天然气董事会成员、天然气部门负责人阿克秀吉提出：“中国是天然气需求大国，我们可以考虑和中国合作建设储气库”［33］。由此看来，中俄在储气库方面开展合作是可行的，可达到双赢的效果。

5 结论及建议

（1）俄罗斯储气库建设起步较早，20世纪50年代已经完成了首批2套储气库建设任务，走在了世界前列；60—80年代建设了12套储气库，达到了储气库建设顶峰，对其他国家储气库建设起到了引领作用。

（2）俄罗斯已经形成了比较完善的储气库供气体系，在用的22套储气库的供气比例达到18%，高于世界10%的平均水平；正在建设及规划的6套储气库使俄罗斯西部地区供气系统更加完善；正在勘查的9套储气库向西北部、东部发展，建成后将大大缓解俄罗斯西北部及远东地区季节性供气不均衡现象，俄罗斯储气库供气比例将进一步增加。

（3）俄罗斯形成了相对成熟的储气库建设配套技术，该技术涵盖了地质建模、建造过程监控、自动化监控、后期诊断及修复、安全环保等储气库全生命周期。

（4）与俄罗斯相比，中国储气库建设起步较晚，在相关理论研究、储气库建设、相关标准制定、运营模式等方面与俄罗斯有一定的差距。中国处于储气库大发展阶段，需要强大的技术支持，中俄之间存在着很大的互补性，建议中俄之间开展合作，取长补短，实现共赢。